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随着科技进步,不可再生能源短缺及污染问题越来越成为各国要解决的重要问题之一,除了研究不可再生能源转化过程中的效率优化方法外,可再生能源的研究也逐渐成为了各国能源研究方向的热点。太阳能得益于其资源分布广泛等优点,在种类繁多的可再生能源中脱颖而出。因此,研究如何优化太阳能发电系统具有重要的科研价值。本文以太阳能发电系统中的常见的两级式并网发电系统的主体结构与控制方法为研究对象,并对现今常用的两级式光伏系统的控制方法等进行了改进。本文首先对两级式光伏系统的分类及发展进行分析,从拓扑和控制方法入手,阐述了目前常用的两级式光伏系统的结构特点,并介绍了一种叠层升压式变换器拓扑结构,同时重点介绍了模型预测控制方法在电力电子变换器中的应用。其次,构建了光伏电池板的数学模型并对最大功率点跟踪控制方法尤其是定步长电导增量法进行了改进和优化。重点介绍了本文采用的全桥LLC-Buck型叠层升压变换器的结构特点及工作原理,并通过仿真验证了改进的电导增量法的优点以及叠层升压变换器拓扑的谐振特点。再次,在建立并详述了后级单相三电平中点钳位型(Neutral Point Clamped,NPC)逆变器拓扑的数学模型及工作原理后,对空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)算法进行分析,并使用SVPWM调制算法在单相三电平NPC逆变器上实现了直流侧电容的中点电位的平衡等控制目标。通过仿真分析了稳态及动态下SVPWM调制算法的控制效果。最后,重点介绍了有限控制集模型预测控制(Finite Control Set MPC,FCSMPC)算法在单相三电平NPC逆变器上的应用,先介绍了FCS-MPC算法的原理及特点。然后从目前两级式光伏系统常见的漏电流问题以及FCS-MPC算法无法对开关频率严格约束的缺点入手进行算法的改进,除了中点电位与dv/dt约束外,增加了对共模电压的约束项,并提出一种通过滑窗观测来控制开关频率的方法对控制对象的开关频率进行控制并优化,并对FCS-MPC算法中权重系数的选择进行了阐述。通过仿真验证了改进的FCS-MPC算法具有更快的动态响应,有效抑制了共模电压的影响并且克服了传统FCS-MPC算法无法约束系统的平均开关频率的缺点。本文搭建了多电平联合实验台,在实验台上对两种算法的并网过程进行实验分析并说明改进后的FCS-MPC算法的优越性。本论文有图82幅,表10个,参考文献132篇。